Валерий Рубаков о бозоне Хиггса и развитии квантовой теории поля

Справка: бозон Хиггса последний недостающий элемент современной теории элементарных частиц, так называемой Стандартной модели, объединяющей все виды взаимодействий, кроме гравитационного. О факте существования бозона Хиггса, который отвечает за массу элементарных частиц, впервые высказал предположение британский физик Питер Хиггс в 1960-е годы.

Где и как был обнаружен бозон Хиггса и зачем он нужен человечеству, совершенно точно представляет Валерий Рубаков – главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН, доктор физико-математических наук, профессор, один из ведущих мировых специалистов в области квантовой теории поля, физики элементарных частиц и космологии.

На экспертной площадке фонда «Устойчивое развитие Нижегородской области» участник знаменитого эксперимента на Адронном коллайдере академик Валерий Анатольевич Рубаков с рассказом о том, что так непонятно обывателю, но ласкает слух физика – о бозоне Хиггса и развитии квантовой теории поля.


4 июля 2012 года произошло одно из заметных событий научного мира – было объявлено об открытии новой частицы – Бозона Хиггса, который был обнаружен на большом адронном коллайдере в столкновениях протонов. Тогда аккуратно было сказано, что у этой частицы свойства, совместные со свойствами бозона Хиггса, но сейчас видно, что эта частица действительно очень похожа на бозон Хиггса. Это большое событие, мы давно охотились за этой частицей и наконец ее нашли.

Открытие бозона Хиггса имеет отношение к космологии, поскольку, понимая, как устроена природа на том масштабе энергии, где существенную роль играет поле Хиггса, мы можем предсказать, как вела себя Вселенная на очень ранних этапах ее эволюции, когда температура была настолько большая, что энергии частиц были достаточны для образования и рождения всех частиц, включая бозон Хиггса.

По-видимому, во Вселенной такой период был, очень короткий, одна десятая микросекунды примерно после Большого взрыва. Но в это время происходили, возможно, существенные процессы, существенные для современной Вселенной. А именно, процессы, которые в конечном итоге привели к темной материи.

Наша вселенная заполнена так называемой темной материей – частицами неизвестного типа, массивными, обладающими гравитационным действием, но слабо взаимодействующими с нашим веществом. И еще один нерешенный вопрос космологии – почему во Вселенной есть вещество и нет антивещества. Так вот, один или второй или оба этих вопроса, возможно, имеют отношение к свойствам бозона Хиггса, и тем неоткрытым пока еще частицам, которые, возможно, откроет большой адронный коллайдер.

Почему бозон Хиггса так долго искали? Потому, что эта частица очень тяжелая. Связано это с замечательной формулой Е=MC2. Если у вас частица очень тяжелая, то она может рождаться только в столкновениях высокой энергии. Частица Хиггса тяжелая, и она может рождаться только в столкновениях высокой энергии. И она редко рождается, и из-за этого нужно иметь много столкновений, она рождается настолько редко, значит, у вас должны быть интенсивные пучки частиц протонов. До большого адронного коллайдера таких пучков не было, и высокоэнергичных, и высокоинтенсивных.

Наиболее интригующий вопрос – что можно открыть после бозона Хиггса? Если оставаться в рамках Стандартной модели, то больше нам ничего открыть нельзя, всё. Но внутри самой Стандартной модели есть, скажем так, несуразности. Очень уж она нескладная. И поэтому многие, хотя не все теоретики думают, что Стандартная модель неполна. И более того, что новые явления, новые частицы, которые не укладываются в Стандартную модель, как раз должны быть обнаружены на большом адронном коллайдере.

Гипотезы есть разные, но это только гипотезы, пока ничего, кроме Стандартной модели, нет. И в этом интрига, правильно ли теоретики думают, что несуразности Стандартной модели указывают на то, что мир устроен более интересно, или нет – в этом и есть вопрос и интрига. Большой адронный коллайдер начинает снова работать примерно через 1,5 года на полную энергию, до этого работал на половину энергии, и в течение нескольких лет это должно проясниться. Сколько точно лет, сказать трудно, но понадобится, скорее всего, еще несколько лет. Будем ждать открытий или разочарований.